Еще недавно использование солнечного света в качестве замены традиционных энергоносителей воспринималось как нечто фантастическое или возможное только в особых условиях. Сегодня подобные решения не выглядят невероятными, но также сохраняются и проблемы их реализации на практике для рядовых потребителей. Сам по себе монтаж солнечных батарей на крышу достаточно прост и оптимизирован, однако это не отменяет сложностей в организации работы таких аккумуляторов.
Базовый комплект системы
В рабочую инфраструктуру солнечного генератора входит аккумуляторная станция, инверторный блок, преобразователь энергии, контроллер и управляющая аппаратура, непосредственно панели с фотоэлементами и монтажно-соединительная фурнитура. Каждый компонент может быть представлен разными устройствами, отличающимися по технико-эксплуатационным характеристикам. Например, небольшой жилой дом с солнечными батареями на крыше обеспечивается мощностью 1,5-2 кВт. Надо отметить, что существуют и комплексные, и локальные станции, которые могут обслуживать разные группы потребителей. Мощные аккумуляторы вырабатывают достаточно энергии для покрытия всех нужд в электроэнергии – от уличного фонаря до отопительного котла. Для дачи предназначены менее производительные системы, хотя на участках нередко используется энергозатратное оборудование в виде насосных станций и рабочей силовой техники.
Принцип работы солнечных аккумуляторов
Наиболее выдающейся и заметной частью солнечной электростанции является панель преобразователя. Существуют разные технологии ее изготовления вплоть до того, что производители разрабатывают секретные рецептуры фотокристаллических наполнителей. К стандартным устройствам можно отнести панель из кремния с покрытиями на основе бора и фосфора. Это может быть как одиночная пластина, так и комбинированная – из двух и более элементов. В разных слоях покрытия есть активные электроны, которые под влиянием света запускают движение частиц, провоцирующее выработку тока.
Аккумуляцию полученной энергии обеспечивают связанные с панелями медные полоски. Они могут передавать ток или накопителям энергии, или напрямую потребителям, к примеру, находящейся на участке светотехнике. Чтобы солнечные батареи на крыше принимали наиболее выгодное положение относительно поступления лучей, в конструкции предусматривается и автоматика. Благодаря тепловым датчикам она реагирует на свет и направляет панели в сторону солнца.
Выбор места для установки
В целях изначального повышения производительности системы желательно продумать оптимальное место размещения панелей на крыше. Руководствоваться следует следующими правилами:
- Учет падения тени. Если зона установки большую часть дневного времени находится под тенью высокого дерева – разумеется, КПД будет крайне низким и не позволит окупить даже стоимость обслуживания модуля. Поэтому подбирается наиболее открытая солнечным лучам зона.
- Правильная ориентация панелей. Даже если в конструкции предусмотрена система автоповорота, желательно изначально выбирать позицию, которая будет наиболее выигрышна с точки зрения падения ярких солнечных лучей на фотоэлементы.
- Расчет по наклону. Распространенной ошибкой в монтаже панелей является их расположение под углом, соответствующим скату. Иными словами, конструкция просто укладывается на скат без каких-либо коррекций. Это в корне неверный подход, поскольку углы скатов (30-45 градусов) могут не соответствовать наклону, который будет наиболее выигрышным в конкретном регионе. Специалисты рекомендуют выполнять установку солнечных батарей на крыше под наклоном, равным географической широте местного региона. То есть угол будет соответствовать градусу широты.
- Определение доступности. Эксплуатация панелей будет сопряжена с регулярным уходом и технической поддержкой конструкции. Поэтому заранее оценивается и физическая доступность к панелям на крыше.
Варианты создания несущей базы
Для установки панелей рекомендуется монтировать силовой блок, на котором будет зафиксирован каркас фотоэлементов. Такую конструкцию можно изготовить в домашних условиях. Потребуется металлический уголок и крепежные элементы. Соединения желательно выполнять сваркой – опять же с помощью инвертора стыки сформирует даже неопытный домашний мастер. Самое главное - правильно рассчитать базу по размерам и весу, чтобы она не проломила кровельное покрытие и в принципе позволяла выполнить надежную фиксацию. Сложность крепления солнечных батарей на крыше заключается в монтаже несущей платформы к стропильной системе. Дело в том, что фиксация как таковая выполняется не к элементам кровли, а к балкам крыши в подкровельном пространстве.
Со стороны чердачного помещения выполняется прочный силовой каркас, на базе которого будет закреплена сваренная профильная конструкция. Лучше всего применить болтовые соединения, чтобы в любой момент установку можно было отсоединить. Для этого заранее просчитываются отверстия, формируется конфигурация взаимной компоновки и т. д. Очевидно, что потребуется создавать технологический проем и в кровельном покрытии.
Процесс монтажа солнечных батарей на крыше
Каждая панель с фотоэлементами заключается в металлический профильный каркас. Изготовители изначально продумывают конфигурацию будущего крепления, оставляя зазоры и отверстия для фиксации. На этапе установки панелей должна быть подготовлена соответствующая крепежная оснастка и на несущей платформе.
Кроме того, необходимо подготовить демпфирующий и изолирующий материалы. Они позволят уберечь систему крепления от коррозийного повреждения и сильных вибраций от ветровой нагрузки. Это своего рода подкладки между несущей конструкцией и панелями. Далее выполняется установка солнечных батарей на крыше в выбранной точке – посредством метизов через технологические отверстия корпус панели прикручивается к металлическим профилям. При возможности стоит использовать регулируемые или шарнирные фиксаторы для регулировки положения панелей.
Электротехнические мероприятия
Не менее ответственный этап, на котором организуется сетевая разводка и подключение оборудования. Возможны разные способы решения этих задач, но самым надежным считается метод автономного подключения солнечных батарей на крыше с независимым источником питания. Панели с преобразователем и аккумулирующими блоками вводятся в систему автономного энергоснабжения. Для этого потребуются генераторы небольшой мощностью порядка 500 Вт с бытовым напряжением до 220 В.
Проводка выполняется с помощью стандартного кабеля типа витой пары с толстым слоем изоляции, предусматривающим эксплуатацию на улице. Все соединения аппаратуры производятся с помощью электротехнических контакторов – как правило, они входят в комплект с солнечными панелями. Как альтернативное решение можно подумать и о возможности подключения к центральной электросети, но тогда не получится использовать электростанцию в качестве резервного источника питания.
Интеграция мансардных окон на солнечных панелях
Оптимизированный по конструкции вариант солнечной батареи, который исключает необходимость выполнения специальных монтажных мероприятий. Панель уже встроена в мансардное окно, поэтому требуется только установка рамной конструкции. При желании панель можно изъять из несущего корпуса и оставить одно окно с жалюзи или другой защитной фурнитурой.
Некоторые производители предлагают установку солнечных батарей на крыше дома в уже готовые мансардные окна. То есть панель проектируется и изготавливается специально под размеры имеющегося проема с учетом характеристик рамы. Далее остается лишь выполнить несколько отверстий в конструкции оконного блока и закрепить болтами панель. Для подключения кабеля создается небольшой канал с трассой проводки, ведущий в чердачное помещение или мансарду. Здесь же, к слову, может располагаться аккумулирующая и преобразующая энергию аппаратура.
Общие рекомендации по рабочему процессу
Перед началом работ следует набросать примерный план размещения конструкции – это позволит не только определиться с оптимальным способом крепления, но и минимизировать возможные просчеты инсталляции. Также следует учитывать советы изготовителей по креплению солнечных батарей на крышу здания. Например, в инструкциях часто отмечают необходимость сохранения зазора между поверхностью корпуса панели и кровельным покрытием. В целях оптимального распределения энергии по всей зоне фотоэлементов также рекомендуется располагать прямоугольные панели по горизонтали – то есть длинной стороной вдоль карниза.
Эксплуатация системы
Наилучший способ управления системой – через автоматику. Современные бытовые электростанции на солнечных элементах позволяют с помощью дистанционного пульта управления программировать работу и непосредственно панелей, и аккумулирующего оборудования. Но это не значит, что не потребуется физического обслуживания. Периодически необходимо проверять состояние солнечных батарей. На крыше частного дома целесообразно предусмотреть небольшую техническую площадку с набором необходимых инструментов и расходных материалов. Время от времени должны будут выполняться регулирующие операции, осмотр фотоэлементов, чистка конструкции и смена расходных деталей при необходимости.
Отзывы о солнечных батареях
В России пока не так много частных домовладельцев, которые испытали возможности солнечных аккумуляторов. Тем не менее впечатления от первого знакомства с данным источником энергии по большей части положительные. Даже относительно небольшое покрытие объемов требуемой энергии вызывает положительные отклики. Пользователи отмечают широкие возможности накопления и распределения энергии с последующим рациональным использованием ее в соответствии с запросами.
С другой стороны, многие из тех, кто установил солнечную батарею на крыше своего дома, отмечают сложности с обслуживанием и дороговизну расходных материалов. По-прежнему высокая стоимость оборудования остается главным препятствием в распространении солнечных батарей.
Заключение
Несмотря на очевидную пользу от освоения альтернативных источников энергии, все еще остаются проблемы их использования на уровне массового потребителя. Это не только технические нюансы, с которыми сталкиваются пользователи, но и концептуальные особенности выработки энергии. Например, установка солнечных батарей на крыше в частных загородных домах может себя оправдать лишь в теплых регионах, где наблюдаются высокие показатели так называемой инсоляции. Это мера солнечной энергии, которая поступает на землю с лучами света. И она совсем не одинакова на юго-западе и северо-востоке страны, в частности. Также специалисты рекомендуют брать во внимание соотношение между требуемой энергией и потенциально генерируемой солнечными аккумуляторами. Не исключено, что даже в условиях благоприятных показателей инсоляции определенные характеристики панелей просто не позволят добиться положительного эффекта экономии энергии.
